IBMI Nanomedicine and Biomarkers

Labor Vipul Gujrati

Unsere Forschung konzentriert sich auf die Weiterentwicklung von Kontrastverstärkung, Wirkstoffabgabestrategien und Biomarkerstudien, um präklinische Informationen mithilfe optischer und optoakustischer Bildgebungstechniken zu liefern.

Dr. Vipul Gujrati

Labor Vipul Gujrati

Dr. Vipul Gujrati

Die Arbeitsgruppe Nanomedizin und Biomarker betreibt interdisziplinäre Forschung an der Schnittstelle von Biologie, Chemie und Ingenieurwissenschaften. In einem kollaborativen Umfeld entwickeln wir multifunktionale nanotechnologische Werkzeuge auf Basis bioinspirierter und synthetischer Materialien. Ziel ist es, krankheitsspezifische Biomarker sichtbar zu machen und eine frühzeitige, präzise Erkennung erkrankter Zellen für Bildgebung und Therapie zu ermöglichen.

Unsere Forschungsschwerpunkte:

Kontrastverstärkung & Wirkstoffabgabe

Wir entwickeln bioengineerte und synthetische Nano-Agenten für die optoakustische Bildgebung (MSOT), Nahinfrarot-Fluoreszenzbildgebung und gezielte Wirkstofffreisetzung. Dabei kombinieren wir organische, anorganische und zellbasierte Materialien, untersuchen ihre Wechselwirkungen mit biologischem Gewebe und testen ihre Wirksamkeit in präklinischen Krankheitsmodellen. Ziel ist die Entwicklung sicherer, aktivierbarer Nano-Medikamente zur Krankheitsüberwachung und Therapie.

Stoffwechsel- & Gefäßbildgebung

Mit modernster, markierungsfreier multispektraler optoakustischer Tomographie (MSOT) untersuchen wir präklinische Modelle von Stoffwechsel- und Gefäßerkrankungen. MSOT ermöglicht die Visualisierung physiologischer Parameter wie Gewebeoxygenierung, Hämoglobinverteilung, Gefäßstruktur und Perfusion. Diese molekulare Bildgebung erlaubt Rückschlüsse auf Krankheitsverläufe und Therapieansprechen.

Überwachung von Phototherapien

Unsere lichtaktivierbaren Nano-Agenten ermöglichen eine gezielte Behandlung durch Hyperthermie oder Photodynamische Therapie (PDT). Durch Bestrahlung mit Nahinfrarotlicht (NIR) erzeugen sie lokal Wärme oder reaktive Sauerstoffspezies, die gezielt krankhafte Zellen zerstören. Mit Hilfe der MSOT-Technologie überwachen wir diese Prozesse in Echtzeit und erforschen die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen.

Unsere Vision ist es, durch die Kombination von Nanotechnologie, molekularer Bildgebung und maschinellem Lernen neue Wege für die frühe Diagnose, personalisierte Therapie und präzise Krankheitsüberwachung zu eröffnen.

In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf die Zelltechnik und die Entwicklung bioinspirierter Nanocarrier für theranostische Anwendungen.

Mehr erfahren

Exogene synthetische Kontrastmittel sind für die kontrastverstärkte Bildgebung und die funktionelle Analyse erforderlich. Wir konzentrieren uns auf die Entwicklung von Kontrastmitteln mit Absorption in den NIR-I- und NIR-II-Fenstern.

Mehr erfahren

MSOT erfasst Bilder bei verschiedenen Wellenlängen und löst spektrale Signaturen auf, was hilft, optoakustische Signale aus dem gesamten Körper aufgrund verschiedener Chromophore im Gewebe zu visualisieren und zu quantifizieren.

Mehr erfahren

Metabolische Bildgebung liefert wertvolle Informationen über die Gewebefunktion, den Krankheitszustand und die Reaktion auf Therapien, indem sie direkt Metaboliten erfasst oder metabolische Prozesse in gesunden und kranken Zuständen misst.

Mehr erfahren

Optische Materialien können nahinfrarotes (NIR) Licht in Wärme (Hyperthermie oder photothermische Therapie), reaktive Sauerstoffspezies (photodynamische Therapie) oder UV/sichtbare Photonen (unter Verwendung von Upconversion-Nanomaterialien) umwandeln, um zytotoxische Effekte oder kontrollierte Wirkstofffreisetzung zu erzeugen.

Mehr erfahren

Dr. Ajay Kesharwani Postdoc

"Ein Licht auf die Geheimnisse des Gehirns werfen: genetisch modifizierte extrazelluläre Vesikel und MSOT weisen den Weg."

Wir arbeiten daran, das Gehirn lebender Mäuse mit genetisch modifizierten EVs unter Verwendung der nicht-invasiven multispektralen optoakustischen Tomographie (MSOT) zu zielen und zu visualisieren.

VGujrati Wissenschaftsbild — MSOT captures images at different wavelengths

Wir entwickeln Nanoagenten, die sicher, ungiftig, mit verbesserter optischer Absorption, effizienter optoakustischer Erzeugung und effektiver Licht-zu-Wärme-Umwandlung sind. Wir verwenden diese intelligenten Nanoagenten für präzises Krankheits-Targeting und kontrollierte theranostische Anwendungen.

Unsere Forschungsinteressen:

Optoakustische Bildgebung
Kontrastmittel
Bioengineering und Biomaterialien
Wirkstoffabgabe
Diagnose und Therapieüberwachung
Krebs
Stoffwechselerkrankungen
Phototherapie (Hyperthermie und photodynamische Therapie)
Regenerative Therapie
Immuntherapie

Berger, C. ; Kim, M. ; Platz, L.I. ; Eigenberger, A. ; Prantl, L. ; Liu, P. ; Gujrati, V. ; Ntziachristos, V. ; Jüstel, D. ; Pleitez, M.A.

Bayesian reconstruction of rapidly scanned mid-infrared optoacoustic signals enables fast, label-free chemical microscopy.

Malekzadeh Najafabadi, J. ; Prakash, J. ; Razansky, D. ; Ripoll, J. ; Gujrati, V. ; Ntziachristos, V.

Nonlinearity of optoacoustic signals and a new contrast mechanism for imaging.

Huang, Y. ; Stankevych, M. ; Gujrati, V. ; Klemm, U. ; Mohammed, A. ; Wiesner, D. ; Saccomano, M. ; Tost, M. ; Feuchtinger, A. ; Mishra, K. ; Bruns, O.T. ; Geerlof, A. ; Ntziachristos, V. ; Stiel, A.-C.

Photoswitching protein-XTEN fusions as injectable optoacoustic probes.

Liu, N. ; O'Connor, P. ; Gujrati, V. ; Shelar, D. ; Ma, X. ; Anzenhofer,P. ; Klemm, U. ; Su, X. ; Huang, Y. ; Kleigrewe, K. ; Feuchtinger, A. ; Walch, A.K. ; Sattler, M. ; Plettenburg, O. ; Ntziachristos, V.

Tuning the photophysical properties of cyanine by barbiturate functionalization and nanoformulation for efficient optoacoustics- guided phototherapy.

Kesharwani, A. ; Gujrati, V.

Multimodal techniques and strategies for chemical and metabolic imaging at the single-cell level.

Müller, M. ; Liu, N. ; Gujrati, V. ; Valavalkar, A. ; Hartmann, S. ; Anzenhofer,P. ; Klemm, U. ; Telek, A. ; Dietzek-Ivanšić, B. ; Hartschuh, A. ; Ntziachristos, V. ; Thorn-Seshold, O.

Merged molecular switches excel as optoacoustic dyes: Azobenzene-cyanines are loud and photostable NIR imaging agents.

Liu, N. ; Gujrati, V. ; Fuenzalida Werner, J.P. ; Mishra, K. ; Anzenhofer,P. ; Stiel, A.-C. ; Mettenleiter, G. ; Feuchtinger, A. ; Walch, A.K. ; Ntziachristos, V.

Bacterial outer membrane vesicles as cationic dye carriers for optoacoustics-guided phototherapy of cancer.

Madasamy, A. ; Gujrati, V. ; Ntziachristos, V. ; Prakash, J.

Deep learning methods hold promise for light fluence compensation in three-dimensional optoacoustic imaging.

Liu, N. ; Mishra, K. ; Stiel, A.-C. ; Gujrati, V. ; Ntziachristos, V.

The sound of drug delivery: Optoacoustic imaging in pharmacology.

Liu, N. ; O'Connor, P. ; Gujrati, V. ; Anzenhofer,P. ; Klemm, U. ; Kleigrewe, K. ; Sattler, M. ; Plettenburg, O. ; Ntziachristos, V.

Multifunctional croconaine nanoparticles for efficient optoacoustic imaging of deep tumors and photothermal therapy.

Liu, N. ; O'Connor, P. ; Gujrati, V. ; Gorpas, D. ; Glasl, S. ; Blutke, A. ; Walch, A.K. ; Kleigrewe, K. ; Sattler, M. ; Plettenburg, O. ; Ntziachristos, V.

Facile synthesis of a croconaine-based nanoformulation for optoacoustic imaging and photothermal therapy.

Yun, M. ; You, S.H. ; Nguyen, V.H. ; Prakash, J. ; Glasl, S. ; Gujrati, V. ; Choy, H.E. ; Stiel, A.-C. ; Min, J.J. ; Ntziachristos, V.

Reporter gene-based optoacoustic imaging of E. coli targeted colon cancer in vivo.

Gujrati, V. ; Ntziachristos, V.

Bioengineered bacterial vesicles for optoacoustics-guided phototherapy.

Liu, N. ; Gujrati, V. ; Malekzadeh-Najafabadi, J. ; Werner, J.P,F. ; Klemm, U. ; Tang, L. ; Chen, Z. ; Prakash, J. ; Huang, Y. ; Stiel, A.-C. ; Mettenleiter, G. ; Aichler, M. ; Blutke, A. ; Walch, A.K. ; Kleigrewe, K. ; Razansky, D. ; Sattler, M. ; Ntziachristos, V.

Croconaine-based nanoparticles enable efficient optoacoustic imaging of murine brain tumors.

Liu, N. ; O'Connor, P. ; Gujrati, V. ; Gorpas, D. ; Glasl, S. ; Blutke, A. ; Walch, A.K. ; Kleigrewe, K. ; Sattler, M. ; Plettenburg, O. ; Ntziachristos, V.

Facile synthesis of a croconaine-based nanoformulation for optoacoustic imaging and photothermal therapy.

Mohr, H. ; Ballke, S. ; Bechmann, N. ; Gulde, S. ; Malekzadeh Najafabadi, J. ; Peitzsch, M. ; Ntziachristos, V. ; Steiger, K. ; Wiedemann, T. ; Pellegata, N.S.

Mutation of the cell cycle regulator p27kip1 drives pseudohypoxic pheochromocytoma development.

Longo, A. ; Morscher, S. ; Malekzadeh Najafabadi, J. ; Jüstel, D. ; Zakian Dominguez, C.M. ; Ntziachristos, V.

Assessment of hessian-based Frangi vesselness filter in optoacoustic imaging.

Mishra, K. ; Stankevych, M. ; Fuenzalida Werner, J.P. ; Grassmann, S. ; Gujrati, V. ; Huang, Y. ; Klemm, U. ; Buchholz, V.R. ; Ntziachristos, V. ; Stiel, A.-C.

Multiplexed whole-animal imaging with reversibly switchable optoacoustic proteins.

Li, J. ; Chekkoury, A. ; Prakash, J. ; Glasl, S. ; Vetschera, P. ; Koberstein-Schwarz, B. ; Olefir, I. ; Gujrati, V. ; Omar, M. ; Ntziachristos, V.

Spatial heterogeneity of oxygenation and haemodynamics in breast cancer resolved in vivo by conical multispectral optoacoustic mesoscopy.

Ovsepian, S.V. ; Jiang, Y. ; Sardella, T.C.P. ; Malekzadeh Najafabadi, J. ; Burton, N.C. ; Yu, X. ; Ntziachristos, V.

Visualizing cortical response to optogenetic stimulation and sensory inputs using multispectral handheld optoacoustic imaging.

Prakash, J. ; Seyedebrahimi, M.M. ; Ghazaryan, A. ; Malekzadeh Najafabadi, J. ; Gujrati, V. ; Ntziachristos, V.

Short-wavelength optoacoustic spectroscopy based on water muting.

Liu, N. ; Shi, Y. ; Guo, J. ; Li, H. ; Wang, Q. ; Song, M. ; Shi, Z. ; He, L. ; Su, X. ; Xie, J. ; Sun, X.

Radioiodinated tyrosine based carbon dots with efficient renal clearance for single photon emission computed tomography of tumor.

Chen, Z. ; Dean-Ben, X.L. ; Liu, N. ; Gujrati, V. ; Gottschalk, S. ; Ntziachristos, V. ; Razansky, D.

Concurrent fluorescence and volumetric optoacoustic tomography of nanoagent perfusion and bio-distribution in solid tumors.

Gujrati, V. ; Prakash, J. ; Malekzadeh Najafabadi, J. ; Stiel, A.-C. ; Klemm, U. ; Mettenleiter, G. ; Aichler, M. ; Walch, A.K. ; Ntziachristos, V.

Bioengineered bacterial vesicles as biological nano-heaters for optoacoustic imaging.

Olefir, I. ; Ghazaryan, A. ; Yang, H. ; Malekzadeh Najafabadi, J. ; Glasl, S. ; Symvoulidis, P. ; O'Leary, V.B. ; Sergiadis, G. ; Ntziachristos, V. ; Ovsepian, S.V.

Spatial and spectral mapping and decomposition of neural dynamics and organization of the mouse brain with multispectral optoacoustic tomography.

Neuschmelting, V. ; Kim, K. ; Malekzadeh Najafabadi, J. ; Jebiwott, S. ; Prakash, J. ; Scherz, A. ; Coleman, J.A. ; Kircher, M.F. ; Ntziachristos, V.

WST11 vascular targeted photodynamic therapy effect monitoring by multispectral optoacoustic tomography (MSOT) in mice.

Malekzadeh Najafabadi, J. ; Prakash, J. ; Ntziachristos, V.

Nonlinear optoacoustic readings from diffusive media at near-infrared wavelengths.

Gujrati, V. ; Mishra, A. ; Ntziachristos, V.

Molecular imaging probes for multi-spectral optoacoustic tomography.

Lin, S. ; Liu, N. ; Yang, Z. ; Song, W. ; Wang, P. ; Chen, H. ; Lucio, M. ; Schmitt-Kopplin, P. ; Chen, G. ; Cai, Z.

GC/MS-based metabolomics reveals fatty acid biosynthesis and cholesterol metabolism in cell lines infected with influenza A virus.